山東高密大王柱重晶石礦床地質(zhì)特征及成因探討

李巖 任寒寒

摘要：大王柱重晶石礦床位于沂沭斷裂帶東側(cè)，膠萊坳陷邊緣。礦體嚴(yán)格受北西向張扭性構(gòu)造控制，賦礦圍巖為白堊紀(jì)萊陽群楊莊組，賦礦巖石為硅化重晶石化碎裂巖、重晶石化細(xì)砂巖、重晶石化砂礫巖等。礦體總體傾向北東，傾角50°～80°，呈脈狀、透鏡狀或扁豆?fàn)顢嗬m(xù)分布于斷裂帶中。圍巖蝕變主要為硅化、方鉛礦化、重晶石化、碳酸鹽化，礦體與圍巖界線清晰。賦礦地層、控礦構(gòu)造、圍巖蝕變以及物探異常等可作為區(qū)內(nèi)直接或間接的找礦標(biāo)志。礦體深邊部仍具有一定的找礦潛力。礦床屬于中—低溫?zé)嵋好}型礦床。

關(guān)鍵詞：重晶石礦床；中—低溫?zé)嵋好}型礦床；山東高密；找礦標(biāo)志

重晶石是以硫酸鋇（BaSO4）為主要成分的非金屬礦產(chǎn)，具有比重大、硬度低、性脆、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無磁無毒等特性，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電子、建筑、冶金、化工等諸多行業(yè)領(lǐng)域，還可用作顏（涂）料、填充劑和加重劑等。重晶石礦是我國蘊(yùn)藏豐富的礦種之一，其探明儲量位居世界前列。礦床主要分布在貴州、湖南、廣西、甘肅、陜西、四川、山東、福建及湖北等地區(qū)。前人對重晶石礦床的成因已開展了較為深入的研究，根據(jù)礦床的成礦機(jī)理、產(chǎn)狀、礦體與圍巖的關(guān)系等因素，將重晶石礦床成因類型分為：沉積型、火山—沉積型、層控型、熱液脈型及風(fēng)化（殘積坡積）型等，上述礦床模型的提出為國內(nèi)重晶石礦找礦勘查工作提供了重要的理論指導(dǎo)。大王柱重晶石礦區(qū)位于高密市南約25km，通過以往地質(zhì)勘查工作，該礦區(qū)屬中型重晶石礦床規(guī)模。該礦床已開采多年，淺部區(qū)域資源接近枯竭。本文主要介紹了大王柱重晶石礦床的區(qū)域地質(zhì)背景、礦床地質(zhì)特征等，闡述了礦床成因及找礦標(biāo)志，為礦床深邊部找礦及區(qū)域范圍內(nèi)尋找同類型礦床提供理論參考。

1.區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于沂沭斷裂帶東側(cè)，地處華北陸塊，魯東隆起，膠萊坳陷區(qū)之高密—景芝凹陷內(nèi)。區(qū)域內(nèi)大面積出露中生代白堊紀(jì)地層，主要為萊陽群止鳳莊組、楊家莊組、杜村組、法家塋組、青山群后夼組以及王氏群林家莊組、辛格莊組、紅土崖組。斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，以NW方向?yàn)橹?，NNE、NE方向次之。巖漿巖不發(fā)育。

2.礦床地質(zhì)特征

2.1礦區(qū)地層

礦區(qū)地層以萊陽群楊家莊組（Kly）、杜村組（Kld）、止鳳莊組（Klz）為主，局部出露青山群后夼組（K1h）以及第四系（圖1）。

萊陽群止鳳莊組（Klz）：主要巖性為紫灰、灰黃色礫巖夾紫灰色中粗?！屑?xì)粒長石砂巖和粉砂巖，屬河流相沉積。

萊陽群楊家莊組（Kly）：整合于止鳳莊組之上，主要巖性為黃色、灰綠色中粒—中細(xì)粒砂巖夾含礫砂巖、粉砂巖夾紫色泥巖或紫色細(xì)砂巖薄層，可見槽狀交錯層理、水平層理及剝離線構(gòu)造，局部見小型對稱波痕，從東向西粒度變細(xì)，呈現(xiàn)有辮狀沉積向曲流河沉積的變化趨勢，為重晶石礦主要賦礦地層。

萊陽群杜村組（Kld）：整合于楊家莊組之上，主要巖性為灰色礫巖夾含礫砂巖，礫巖成分以變質(zhì)巖、糜棱巖為主，尚有一定量的灰?guī)r，礫徑可達(dá)10cm，分選較差，以沖積扇相、泥石流沉積為主。

青山群后夼組（K1h）：被斷層控制，主要巖性為流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)凝灰?guī)r，屬于一套爆發(fā)相或噴發(fā)沉積相的產(chǎn)物。

2.2礦區(qū)構(gòu)造

礦區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，具有多期次活動疊加特點(diǎn)，可分為NW、NNE、NE向三組（圖1）。其中，NW向斷裂最為發(fā)育，為重晶石礦脈主要控礦和容礦構(gòu)造，長1.1km～5.2km，寬0.5m～5.0m，傾向北東，傾角一般在41°～83°。破碎帶內(nèi)充填以砂巖或頁巖組成的角礫巖、碎裂巖、重晶石化角礫巖以及扁豆?fàn)钕噙B的脈狀重晶石礦體。斷裂性質(zhì)為左行張扭，為成礦前或成礦期斷裂，控制著成礦的全過程，且在成礦后仍有活動，表現(xiàn)在斷裂帶內(nèi)硅化和重晶石的片理化等現(xiàn)象。

2.3礦體特征

重晶石礦脈嚴(yán)格受構(gòu)造控制，分布在中生代地層萊陽群楊家莊組內(nèi)構(gòu)造帶中，礦體與圍巖界線清晰。礦脈規(guī)模不等，走向長230m～2400m，厚0.35m～2.52m，控制最大延深192m。礦脈總體走向305°～310°，傾向35°～40°，傾角41°～83°，呈脈狀、透鏡狀或扁豆?fàn)顢嗬m(xù)分布，沿走向或傾向存在著膨脹、收縮、分枝、復(fù)合等特點(diǎn)。礦體工程控制程度偏低，走向和傾向延伸未封閉，其深邊部具有一定的找礦潛力。

礦石主要成分為BaSO4，含量30.85%～88.33%，沿走向和傾向變化較大，其次為SiO2，含量5.90%～66.49%。另外個別重晶石礦體中還伴生鉛礦化，但礦化不均勻，鉛含量一般在0.013%～4.67%，最高含量6.76%，鉛礦化一般出現(xiàn)在礦脈的邊緣或與圍巖的接觸部位。

2.4礦石類型

重晶石礦脈的形成過程比較復(fù)雜，按其礦物的生成順序、礦物的組合特點(diǎn)以及賦存的狀態(tài)大體可分為三個階段：重晶石形成初期階段伴有大量的碳酸鹽生成，重晶石礦石中有方解石和菱鐵礦的包體出現(xiàn)。之后見石英形成，并發(fā)現(xiàn)方鉛礦，強(qiáng)烈的硅化為后一階段的主要特征，分布普遍，石英交代重晶石使之呈殘晶出現(xiàn)，形成了礦石的交代殘余結(jié)構(gòu)，礦石貧化，使礦石變硬，BaSO4品位降低。重晶石成礦的各個階段在不同地點(diǎn)發(fā)育也不相同，致使礦物組合在走向上或傾向上變化較大。根據(jù)礦石礦物組合可將礦區(qū)礦石類型劃分為：方解石重晶石礦石、重晶石礦石、石英重晶石礦石、方鉛礦重晶石礦石等四種類型。其中，石英重晶石礦石為區(qū)內(nèi)主要礦石類型，其次為重晶石礦石和方解石重晶石礦石，方鉛礦重晶石礦石最少，但其具有可以綜合回收利用價值。

2.5圍巖蝕變

礦區(qū)內(nèi)蝕變作用與礦床成礦地質(zhì)條件關(guān)系密切，蝕變類型主要有：重晶石化、碳酸鹽化、硅化、方鉛礦化等，其主要特點(diǎn)如下：

重晶石化：重晶石化是礦區(qū)最主要、最普遍的一種礦化蝕變現(xiàn)象，與成礦作用直接相關(guān)，主要沿?cái)嗔褬?gòu)造及圍巖的節(jié)理裂隙發(fā)育。重晶石化作用形成重晶石化碎裂巖，或重晶石化構(gòu)造角礫巖。砂巖則變?yōu)橹鼐皫r，或含重晶石細(xì)脈的砂巖。

碳酸鹽化：基本與重晶石化同時或晚于重晶石化，其形式常為方解石細(xì)脈，常見于礦體的頂?shù)装澹蛑鼐}的邊部，或成細(xì)脈狀穿插于重晶石脈和圍巖中，是找礦的一種重要標(biāo)志。

硅化：區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育，主要見于斷裂帶內(nèi)或斷裂面上，常形成硅化碎裂巖、硅化構(gòu)造角礫巖、硅化（質(zhì)）砂巖等。硅化作用貫穿于成礦的全過程：早期硅化交代兩側(cè)圍巖；中期硅化混入礦液形成硅化重晶石脈或石英—重晶石脈，礦石質(zhì)量下降，有時形成團(tuán)塊狀、蜂窩狀石英；晚期硅質(zhì)熱液沿重晶石脈的裂隙充填，同時交代重晶石使其邊緣成鋸齒狀，是找礦的一種重要標(biāo)志。

方鉛礦化：見于重晶石礦脈中，與重晶石礦相伴生，多成晶形完好的立方體狀或粒狀出現(xiàn)，個別呈星點(diǎn)狀或團(tuán)塊狀集合體分布。方鉛礦分布不均勻，含量一般在0.013%～ 4.67%，最高含量達(dá)6.76%。

3.礦床成因

礦床位于高密—景芝凹陷內(nèi)，受NNE向深大斷裂—沂沭斷裂帶左行扭動影響，在其旁側(cè)形成一系列北西向張扭性次級斷裂構(gòu)造，由于多期次構(gòu)造活動的疊加，在斷裂帶內(nèi)形成了一定規(guī)模的容礦空間，為含礦熱液的運(yùn)移和BaSO4的富集創(chuàng)造了良好的空間條件。

礦脈圍巖為細(xì)砂巖、泥巖或斷層面硅化較強(qiáng)時，礦石質(zhì)量較好，分布也較穩(wěn)定，其原因是硅化斷層面及泥巖對礦液的屏蔽和保護(hù)作用良好，當(dāng)圍巖為砂巖、砂礫巖、含礫砂巖時，則礦石質(zhì)量較差，礦液往往沿節(jié)理裂隙成細(xì)脈狀填充于圍巖中。當(dāng)?shù)乇硭蛏畈繚B透時溶解了圍巖中含Ba2+礦物，使得Ba2+以絡(luò)合物形式進(jìn)行搬運(yùn)，在深部被加熱形成含礦熱液，在構(gòu)造活動階段，含礦熱液沿構(gòu)造破碎帶向上運(yùn)移，在有利的成礦空間內(nèi)，由于物理化學(xué)條件改變，pH值以及氧化還原電位發(fā)生變化，使Ba2+絡(luò)合物分解形成穩(wěn)定的BaSO4沉淀成礦。在沉淀過程中，由于含礦熱液不斷地與圍巖發(fā)生交代作用，并伴隨著溫度、壓力的變化和方解石、石英、重晶石、方鉛礦等礦物的不斷析出，含礦熱液成分也在不斷發(fā)生變化，進(jìn)而形成了各個不同階段的礦物組合。另外，前人在區(qū)內(nèi)同類型重金石礦床中開展過重晶石樣品原生包體測溫研究，獲得成礦熱液溫度在100℃～168℃之間，氣液比5%或<5%，故成礦熱液為中—低溫?zé)嵋骸Ａ頁?jù)硫同位素δS34變化值在3.05%～9.70%之間，δS34變化的范圍與大氣降水及現(xiàn)代海水硫酸鹽中δS34值變化范圍相吻合，BaSO4中的硫也有部分來源于陸源硫。

綜上所述，認(rèn)為大王柱重晶石礦床屬于中—低溫?zé)嵋好}型礦床。

4.找礦標(biāo)志

按照區(qū)域成礦地質(zhì)條件和控礦地質(zhì)特征分析，認(rèn)為區(qū)內(nèi)重晶石礦分布具有如下特征：

（1）巖性控制。重晶石礦主要分布在中生代白堊紀(jì)地層萊陽群中。

（2）受構(gòu)造控制。礦體呈脈狀產(chǎn)出嚴(yán)格受北西向構(gòu)造控礦。

（3）圍巖蝕變與礦體關(guān)系較為密切。主要蝕變類型為重晶石化、碳酸鹽化、硅化和方鉛礦化等。

（4）礦體位置出現(xiàn)明顯物探低阻異常。在有重晶石礦出現(xiàn)的地段，溫納裝置的曲線圖上有明顯的低阻凹槽，如果礦體規(guī)模較大，顯示的低阻凹槽愈發(fā)明顯。

因此，上述特征可作為區(qū)內(nèi)尋找同類型重晶石礦的直接或間接找礦標(biāo)志。

5.結(jié)論

（1）礦床賦礦圍巖主要為白堊紀(jì)萊陽群楊莊組，礦體嚴(yán)格受北西向張扭性構(gòu)造控制，總體傾向北東，傾角41°～83°。礦體呈脈狀、透鏡狀或扁豆?fàn)顢嗬m(xù)分布于斷裂帶中。賦礦巖石為硅化重晶石化碎裂巖、重晶石化細(xì)砂巖、重晶石化砂礫巖等。與礦化有關(guān)的蝕變主要為硅化、方鉛礦化、重晶石化、碳酸鹽化，礦體與圍巖界線清晰。

（2）礦床屬于中—低溫?zé)嵋好}型礦床。

（3）巖性控制、構(gòu)造控制、圍巖蝕變類型、物探低阻異常等特征可作為區(qū)內(nèi)尋找同類型重晶石礦床直接或間接的找礦標(biāo)志。

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